KR100730615B1 - 변속기용 싱크로나이저 허브의 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변속기용 싱크로나이저 허브의 열처리 방법에 관한 것으로, 표면에 화합물 층을 만들어 주는 연질화 처리를 수행해 싱크로나이저 허브를 제조하여, 열에 의한 변형을 방지하도록 해 불량률을 줄임과 동시에 품질은 물론 제조 공정의 생산성도 향상함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 변속기용 싱크로나이저 허브가 침탄강 계열의 소재를 싱크로나이저 허브로 가공하기 전 퀀칭(Quenching)과 템퍼링(Tempering) 열처리를 연속 수행한 후, 싱크로나이저 허브로 가공된 상태에서 표면에 연질화 처리를 수행해 완성하는 것을 특징으로 한다.

Description

변속기용 싱크로나이저 허브의 열처리 방법{Heat treating method of syncronizer hub for transmission}

도 1은 본 발명에 따른 변속기용 싱크로나이저 허브의 열처리 수행 흐름도

본 발명은 싱크로나이저 허브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열처리에 의한 변형을 방지할 수 있는 변속기용 싱크로나이저 허브 열처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 주행 속도에 따라 엔진 동력을 차륜으로 전달하는 변속기(transmission)는 크게 자동변속기와 수동변속기로 구분되며, 이는 통상 클러치와 추진축 사이에 설치되어 자동차의 주행상태 변화에 따라 기관의 회전력을 증대시키거나 감소시키는 역할과 함께 차량의 후진시키기 위한 역전장치를 갖추게 된다.

여기서, 상기 수동변속기(manual transmission)는 도로조건이나 운행 속도에 따라 운전자가 변속기를 조작해야 하는 기계식이며, 종류로는 시프트 레버의 조작에 따라 선택된 기어단이 치합되도록 구성된 선택기어식과, 주축상의 기어와 부축상의 기어가 항상 물려 있는 상시 물림식이 있다.

이때, 상시 물림식은 다시 클러치 기어를 사용하여 동력을 전달하는 도그 클러치식과, 이 도그 클러치식을 개량하여 기어간 치합이 용이하도록 클러치를 대신하여 슬리브를 사용하는 싱크로 메시식이 사용되어진다.

이러한 싱크로 메시식을 적용한 싱크로 장치는 일반적으로, 주축상에 스플라인 결합되는 싱크로나이저 허브와, 이 허브에 스플라인 결합되어 시프트 포크에 의해 움직이는 슬리브와, 상기 싱크로나이저 허브의 앞쪽에 싱크로나이저 키에 의해 결합되어 변속을 할 때 싱크로나이저 콘(corn)에 끼워져서 마찰력에 의해 클러치 작용을 하는 싱크로 나이저 링으로 구성되어 있다.

이와 같은 싱크로 장치는 상용차량과 같이 고강도를 요구하는 경우에는 스틸 냉각 단조재를 침탄 열처리하여 사용하는데, 특히 수동변속기용 싱크로나이저 허브는 침탄강(SCR415, SCR420H 또는 SCM420H)을 적용하여 침탄 열처리를 실시함으로써 표면을 경화시켜 제조하는 것이 일반적이다.

그러나, 이와 같은 침탄 열처리 방식은 침탄 열처리 후 제품의 휨 현상 발생이나 키 홈 폭의 변형등 제품 품질의 저하와 더불어, 제조 과정에서 연속로 사용 불가와 같은 제조시 수반되는 취약성이 있다.

또한, 열처리가 완료된 후 슬리브와 짝(메칭(Matching)) 관리를 하지 않게 되면, 조립 후 조립 불량을 발생하게 되므로 이를 없애기 위해서라도 반드시 슬리 브와 매칭 검사를 실시해야 된다. 즉 이러한 짝 관리에 따라 수작업 손실도 발생하므로 생산성이 더욱 저하되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 싱크로나이저 허브를 제조하는 소재에 연속적인 퀀칭(Quenching)과 템퍼링을 수행한 상태에서 가공한 후, 가공된 싱크로나이저 허브에 연질화 처리를 수행하여 표면에 화합물층이 생성되도록 함으로써, 열처리 후에도 열에 의한 변형을 방지하여 불량 율을 줄임과 동시에, 제조된 싱크로나이저 허브의 생산성도 향상함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 변속기용 싱크로나이저 허브가 침탄강 계열의 소재를 선정해 싱크로나이저 허브 형상으로 가공하기 전 단조 처리된 상태인 싱크로나이저 허브 소재(Raw)를 가열한 다음, 60℃에서 9분간 오일을 이용해 퀀칭(Quenching) 열처리를 수행한 후, 다시 530℃ 에서 130분간 템퍼링(Tempering) 열처리를 수행한다.

이어서, 싱크로나이저 허브 소재(Raw)에 대한 내부 경도를 측정한 다음, 내부 경도를 만족하는 싱크로나이저 허브 소재(Raw)를 가공해 싱크로나이저 허브로 제작한 후, 질소가스가 채워진 노 내에서 570℃로 80분간 표면에 질소화합물 층을 형성한다.

그후 싱크로나이저 허브의 표면에 화합물층의 형성이 완료된 후 60분 동안 자연 냉각되도록 함으로써 연질화 처리의 수행을 완성하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 싱크로나이저 허브 소재는 SCR415, SCR420H ,SCM420H 침탄강 계열을 사용하며, 상기 퀀칭(Quenching) 열처리 전에 860℃에서 40분간 확산 처리를 먼저 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 변속기용 싱크로나이저 허브의 열처리 방법의 순서도를 도시한 것인바, 본 발명은 수동 변속기에 사용되는 싱크로나이저 허브 형상을 가공하기 전 열처리를 먼저 거치게 되는데 즉, SCR415나 SCR420H 또는 SCM420H 침탄강 계열의 소재를 선정해 개략적인 싱크로나이저 허브 소재(Raw)형상으로 제조하는 소재 준비단계 후, 단조 등을 거친 싱크로나이저 허브 소재(Raw)의 내부 조직이 확산되도록 약 40분 동안 860℃로 가열한 다음, 이와 같이 가열된 상태에서 온도를 급격히 저하시켜 퀀칭(Quenching) 열처리를 수행하는 예비 열처리단계를 거치게 된다.

이때, 상기 퀀칭(Quenching)은 온도를 60℃로 하면서 시간은 약 9분 정도로 빠르게 수행하며, 냉매로는 통상적으로 오일을 이용하게 된다.

이어, 상기 퀀칭(Quenching)을 통해 예비열 처리단계를 거친 싱크로나이저 허브 소재(Raw)를 세척한 후에, 다시 템퍼링(Tempering) 열처리를 수행하는 소재 열처리단계를 거치게 된다.

이때, 상기 템퍼링(Tempering)은 온도를 약 530℃로 하여 시간은 약 130분 정도 수행하게 된다.

이후, 상기 소재 열처리단계를 완료한 싱크로나이저 허브 소재(Raw)에 대한 내부 경도를 측정하여, 그 내부 경도가 HB 245 ~ HB 290 영역에 존재하는지 여부를 판단하는 소재 가공성 확인단계를 수행한다.

이때, 상기 내부 경도를 HB 245 ~ HB 290 영역으로 하는 것은 소재(Raw)의 가공성을 결정하기 때문인데, 예를 들어 HB 290 이상인 경우는 가공 시 고 경도로 인해 바이트(Bite)의 손상을 방지하도록 가공 사이클 타임(Cycle Time)이 길어지며, 또한 HB 245이하인 경우는 너무 무른 저 경도로 인해 싱크로나이저 허브로 가공한 후 수행되는 연질화 처리가 무의미하게 된다.

이어, 상기 소재 가공성 확인단계를 거친 싱크로나이저 허브 소재(Raw)를 싱크로나이저 허브 형상으로 제조하기 위한 절삭가공단계를 거친 다음, 싱크로나이저 허브 형상으로 가공 제조된 반제품을 연질화 처리하여 그 표면에 화합물 층을 형성하는 연질화처리단계를 거쳐 완성하게 된다.

이때, 상기 연질화 처리는 온도를 약 570℃ 정도에서 80분 정도 유지한 후, 80분이 경과 한 다음에는 약 60분 동안 대기중에 방치해 자연 냉각시켜 준다.

이와 같은 연질화 처리는 통상적인 경우와 같이, 질소나 이산화탄소 및 암모니아 가스와 같은 화합물질을 어느 정도 충진 한 상태에서 이루어지게 된다.

이어, 연질화 처리가 완료된 싱크로나이저 허브에 대해 측정이 이루어지는데, 이때 내부경도가 HV 204 ~ HV 240 영역이고, 표면경도가 HV 670 이상이며, 연 질화 처리 시 형성된 화합물 층 깊이가 0.005mm ~ 0.015mm 이내인지를 검증하게 되고, 이와 같은 조건이 만족되면 완성된 싱크로나이저 허브로서 사용 가능하다.

이때, 상기 싱크로나이저 허브의 내부경도 HV 204 ~ HV 240 와 표면경도 HV 670 이상이 갖는 의미는, 화합물층 깊이가 0.005mm ~ 0.015mm로 연질화 처리가 완료된 후 싱크로나이저 허브가 갖는 물성치이다.

또한, 연질화 처리를 위해 사용되는 화합물질을 약 570℃ 온도로 가열시켜 80분 정도 노출시키면, 화합물 층 깊이가 약 0.005mm ~ 0.015mm 영역으로 형성된다. 만약 노출 시간을 80분 이상으로 하면 0.015mm 이상으로 화합물층 깊이가 두껍게 형성되어 화합물 층에 기공등이 발생하게 된다.

이와 같은 열처리와 연질화 처리를 통해 제작되어 내부 경도와 표면경도 및 화합물 층의 형성 등을 모두 만족하는 싱크로나이저 허브는, 싱크로 메시식을 적용한 싱크로 장치가 적용되는 수동변속기의 구성요소로 사용하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 퀀칭(Quenching)과 템퍼링 열처리를 거친 싱크로나이저 허브에 연질화 처리를 다시 수행함으로써, 열변형에 의한 불량을 제거하고, 내부경도와 표면경도를 모두 만족하는 싱크로나이저 허브를 생산할 수 있는 효과가 있다.

또한, 수작업으로 실시해야 하는 슬리브와 짝(메칭(Matching)) 관리를 하지 않고, 또한 제조 과정에서 연속 열처리가 가능하게 되어 생산성이 향상된다.

Claims (5)

1. 침탄강 계열의 소재를 선정해 싱크로나이저 허브 형상으로 가공하기 전 단조 처리된 상태인 싱크로나이저 허브 소재(Raw)를 가열한 후, 60℃에서 9분간 오일을 이용해 퀀칭(Quenching) 열처리를 수행한 다음, 이어 다시 530℃ 에서 130분간 템퍼링(Tempering) 열처리를 수행하는 소재 열처리완료단계;

   상기 소재 열처리완료단계를 완료한 싱크로나이저 허브 소재(Raw)에 대한 내부 경도를 측정하는 소재 가공성확인단계;

   내부 경도를 만족하는 싱크로나이저 허브 소재(Raw)를 싱크로나이저 허브로 제작하는 절삭가공단계;

   싱크로나이저 허브로 가공 제작된 상태에서 표면에 화합물 층을 형성하도록 질소 화합물이 채워진 노 내에서 570℃로 80분간 유지한 다음, 이어 60분 동안 자연 냉각되도록 하는 연질화 처리를 수행하는 연질화처리단계;

   를 거쳐 완성하는 변속기용 싱크로나이저 허브 제작방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 싱크로나이저 허브 소재는 SCR415, SCR420H ,SCM420H 침탄강 계열인 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저 허브 제작방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 퀀칭(Quenching)열처리는 860℃에서 40분간 확산 처리된 후, 60℃인 퀀칭(Quenching) 온도로 열처리되는 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저 허브 제작방법.
4. 청구항 1에 있어서, 열처리가 완료된 싱크로나이저 허브 소재의 내부 경도는 HB 245 ~ HB 290 영역으로 하는 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저 허브 제작방법.
5. 청구항 1에 있어서, 연질화 처리가 완료된 싱크로나이저 허브는 내부경도가 HV 204 ~ HV 240 영역이고, 표면경도가 HV 670 이상이며, 연질화 처리 시 형성된 화합물 층 깊이는 0.005mm ~ 0.015mm이내인 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저 허브 제작방법.

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